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匀浆涂布工艺技术——转移涂布篇

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发表于 2014-2-28 11:11:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
题外话:
本人一直定位自己是工艺工作者,对于工艺岗位有些感情,先说我的几点看法:
1、工艺技术本身呢,不可避免的存在一些经验性和特殊性。经验性体现在——不同的技术团队、背景或者技术人员的水平、甚至企业文化等等,而特殊性体现在——不同的工艺体系、不同的设备条件、不同阶段的产品目标、以及特殊客户等。
2、工艺技术本身没有绝对的对和错,企业能够盈利就可以算作是一种成功,虽然可能直通率比较低。工艺部门的主要职责在于保证生产运作、减少不良品,在企业方针下平衡产能与产品标准。
3、工艺技术有一个核心要素——持续改善!出色的企业,必定都是历经甚至数批工艺技术人员持续改善的结果,不可能说请一个高人,2、3年内就能成功的。
4、目前来说,动力电池企业产品控制标准相对高于3C类电池企业,毕竟受限于pack的一致性要求,高一致性则直接减少低容、高内阻、自放电等不良损失。
         5、工艺技术呢,还有个典型特征:所见即所得——工艺流程、设备配置、过程监控等,进入车间,这些都能看到,所以“闻多识广”对于工艺人员本身是比较好的成长途径之一。在见过了众多差异化的流程、标准之后,掌握其背后的技术指导准则,更利于后续针对自身工艺条件设定标准、控制制程,集前车之鉴防患于未然,减少损失。
         以上只是个人工作的一点感受,也可以算是感情,有时候也觉得自己想太多、太压抑,坚持做一件事情有时候还是挺不容易的。在此也向坚守在工艺岗位上的朋友们致敬,大家都挺辛苦的,每天都蹲在现场,总有让你操心不尽的员工失误、总有跟你不配合的生产管理、也总有你也解释不了的异常现象,更有让你说不出辛酸的那么多义务加班~~~
         现离开工艺岗位,打算先沉淀几年再说。本篇作为一篇自我总结吧,结合过去的实践经历,当然还有理论结合简单阐述,但愿对于一些工艺技术新人、涂布岗位员工有所帮助。
人们总爱谈论涂布,其作为承前启后极片成型的工序固然比较重要,但个人觉得其更多的在于设备运行,理论知识方面还是浆料更有难度。
         
一、常见涂布方法
1、  浸渍涂布:随基体从涂料中拉出,附着于其表面的涂料形成涂层。现在的隔膜涂层涂覆貌似这种居多。
2、  刮刀涂布:早期一般实验室连续涂布的机器,由于其需要手工刮出极耳位不便于制作全电池,使用得越来越少了。
3、  辊式涂布:(锂电的转移涂布)涂布辊、定量逗号辊、包胶背辊组成,基体涂料及涂层表面状态取决于基体和涂布辊的相对速度、涂布辊背辊间隙、涂料粘度和润湿特性等因素。
4、  凹版涂布:是应用凹版胶印原理而设计的一种涂布方法,凹版辊表面雕刻有各种凹纹网点,用以容纳一定量的涂料。通常背辊表面均包覆有相当硬度的橡胶层,涂布时与涂布辊压紧形成一定的线压力,以使凹版网点内的涂料能转移到基体上。涂布量取决于凹版辊网点图形及雕刻深度。在涂料固含量固定的情况下,选用合适网点的凹版辊,就能得到所需的涂布量;涂层的表观质量,很大程度上取决于涂料的粘度及流变特性。凹版涂布可用于涂布教黏带、磁带、硅胶带等产品。典型工艺条件:1~50μm涂层厚度,15~1500mPa`s的黏度,车速可高达600m/min.凹版涂布的主要优点是可在高车速下得到很薄的涂层,其主要缺点是有时难以消除凹版辊的网纹。涂层均匀性很大程度上取决于凹版纹的设计及涂料的流变特性。涂布量正比于凹版辊凹纹内容积,一般凹版辊的涂布转移量约为其容积的60%。日本YASUI SEIKI公司开发了微凹版涂布工艺。
(导电涂层系用此法,有些锂电大厂和专业做导电涂层箔材的厂商)
5、  条缝涂布、挤压涂布:(锂电动力电池厂逐渐趋向于使用)既可以是单层涂布也可以是多层涂布。条缝涂布可以实现条幅型和间歇型特定的非连续性涂布,以适应一些高附加值产品的特殊要求。广泛应用于锂电池电极、陶瓷集成电容器膜以及图像处理基材表面处理。例如应用于染料热转移打印的RGB的卷状色带,就是三种颜色以一定间距竖向并行排列的,而燃料电池的隔膜以及薄膜电池的电极,则呈间歇型排列,以适应工业化组装的要求。美国EDI公司开发的条缝模头涂布系统,可以在支持体两面分别涂以阳极和阴极涂料,然后进行浮动干燥。
本人未实践操作过,希望未来有机会实践。
6、  多层坡流涂布:(锂电好像没有应用)20世纪50年代伊斯曼柯达公司申请专利,应用于多层彩色感光材料生产;一次多层涂布的层数可多至10层,涂布总厚度从几微米至几十微米,而其中最薄的干厚度可以薄至1微米左右。
7、  旋转涂布:借助高速旋转所产生的离心力,将加注于支持体表面的液料进行铺展,形成所需厚度的涂层。
貌似很多研究生实验室用?
二、涂布工艺参数
  
通用参数
  
头尾消薄影响参数(视浆料、极片尺寸而定)
涂布速比
涂布速度
留白速比
背辊打开距离/弹开速度
背辊闭合速度
消薄距离&加速度
涂辊/背辊(基材)
背辊(基材)速度
背辊弹开时涂辊/基材
背辊闭合实现浆料转移
加速度越大,变速时间越短
1.0~1.2
5~8m/min
小于1.0
约1000μm
  
7~15m/min
6~10m/min
以上这些参数,咋说呢,我个人建议新设备初期就将其规范化,结合你们自家浆料、工艺要求,而不要等到出了异常才来摸索其参数对极片消薄等等的影响规律,更不要说是在不知道为什么用的这些参数下固执地维持“稳定”,工艺人员也应该有意识去掌握它们,为什么?——因为你是现场工艺,你不做就没人做了。
而且要知道,这家的参数到了另家,即便是相同的设备,恐怕也是不行的。
事实上,受过头尾消薄失效之苦的厂家不在少数,在此也顺带提下,做产品设计的研发部同仁们,在容量、电芯安全设计方面最好和现场工艺沟通沟通,避免工艺条件所限造成重大损失;还有就是配方设计,不合理的配方真的能把现场工艺坑死。
         
三、涂布干燥方式
0001.png
                              
锂电涂布多以热风冲击进行干燥,因此水系浆料常容易出现一些涂布弊病,如开裂。
结合实践来说,一般选择6段烘箱,建议购买各段都可进行风机变频控制的涂布机,最好不要用老款的七星涂布机那种,仅前2段可变频。
0002.png
各段风频可变的条件下,便可以根据不同走速设定多种温升曲线来实现干燥,而非单一。
关于七星涂布机补充一点,早先以为这种“从料槽底板上料&出口有盖板”这种方式可以保证左中右面密度的一致,事实并非如此,还须改进,锂电企业最好摒弃涂布机厂商配置的搅料装置,那对面密度没好处;“不要轻信设备厂商”这句话虽然老掉牙,不过基本上是事实,论合作,电池厂和设备厂的合作是次于和原材料厂商的合作的。
说起来也可笑,这个产业的核心是电池,但是过的最惨的也是电池企业。唉,突然不知道下面该说什么了。。。。。。
四、常见异常
1、  背辊磨损:基本上每个企业都有同样的问题,不同宽幅的箔材对背辊的磨损,大家都见过,咋说呢,总是有人能够用上一两年才须换的。建议不要手工打磨,真的不要,背辊的平整远比你想象的重要!
2、  背辊形变:左右辊径等都不一样了,这种辊就该丢掉了;建议正负极区分开来,设备保养时也应避免包胶背辊上沾有机溶剂、会吸胀。极片左右间隙、涂长不一致基本上是这个问题造成的。还有,左右背辊间隙应该基本一致,当然,左右有时候磨损程度不同,一般差值在30μm内吧,这个差值过大是会导致左右消薄效果不同的。
3、  逗号辊角度:涂辊上浆料出现条纹,这个实践遇到过,论坛也有人遇到过,不过有的情况也是浆料问题造成的。
4、  鼓边:过去经历的是浆料原因造成,事实上和挡料板泡棉也有关系,应该是最边缘浆料挤出过多造成;还有种解释就是干燥过程边缘表面张力牵引浆料造成。
类似的有辊压起鼓,以正极为主,固定切边位置的情况下,轧辊很快就被磨损,当压更宽幅极片时,那条线就会鼓起来,制片时候出现波浪边,包括分切的时候很难调平切整齐。建议设计的时候统一涂宽、或者取消切边避免同一位置磨损,压实密度大的极片,一两周就能把辊磨坏掉(辊上有清晰线条)。
5、  关于消薄:这点以稳定的浆料为前提、再固化设备参数,诸多参数相配合,在更换背辊后是必须要重新确认的;当然,如果是通过逗号辊刮薄头尾来消薄,相对好调些。
0003.png
6、  关于干燥:NMP溶剂浆料基本上就是拼死加温度、风速都可以完全干燥,不像水系浆料容易出现局部干裂/局部潮湿,在此提醒,抽进的新风越干燥那么干燥效率也越高,水系负极边缘容易开裂和风量不均匀也有关联。此前有经历过新厂房排风排在室内(湿度达55%),8m/min走速温度基本115都难干,排风管布好后直降10度完全干燥。
实际上干燥对于极片对于电池后续加工性能是有直接影响的,因为干燥条件直接改变极片活性物质空隙状态,空隙影响极片压实、再影响电解液浸润、再是预化成、循环等;还有干燥温度梯度影响浆料表面张力梯度、浆料的流平。
应该有人研究过这些,本人没啥研究,只是模糊的猜测。
在此也顺带呼吁有些厂,把正极的排风改善改善,刺鼻的NMP气味啊~要知道NMP是有毒的,说它低毒,是因为常温挥发量很少,并不是无毒。员工注意自我保护,戴个3M吸附有机气口罩。我某个同事说婚检发现精子数量太少~汗,他本身体质不好也是事实,所以看各人选择吧。
7、  断带什么的那就是张力设置、机械运行方面了,我接触的少;涂布方面基本规律都是,好的浆料涂布就没啥大问题,当然这个好是因人而异的,很多涂布的难题最终往往分析出来都是浆料控制的问题;很多时候有些朋友喜欢抱怨涂布机差,涂布控制不好,有时候也不要盲目下结论。
以上,基本都是我个人经历过的,希望对于此前工作单位的朋友们有所帮助,还有些异常判断暂时想不起来了,有些可能是偶尔出现一次再没发生的,个人还是觉得浆料的控制对于涂布质量的影响更大。我个人信奉一句话——“经历即成长”,也很认同一句话,就像那书名《公司是最好的学校》,这点我一直心存感恩,说起来,我都是靠着这些公司谋生存,有人会觉得有些东西讲出来涉及泄密什么的,但是我的经历告诉我,工艺技术这东西,你过去坚持的未必是正确的;就算你过去做的是比较科学比较成功的,别人也不高兴相信你,这个说太多也没意思,各位看官各取所需吧,反正对新人学习还是会有点用处的。附上一篇网络检索到的TCL提高涂布合格率DMAIC,05年的了,还是挺不错的。
         同时感谢论坛诸多好友给我提供工作机会,也感谢过去一直陪伴的同事朋友们,以后还是朋友,保持联络吧。
                                                                                                                                        ——2014.2.28



补充内容 (2014-2-28 12:26):
附件地址http://wenku.baidu.com/view/f017e60690c69ec3d5bb75a8.html

点评

同意: 2.5
同意: 5
背辊弹开、闭合速度单位是ms  发表于 2014-8-8 17:57
同意: 0
  发表于 2014-6-13 10:24

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发表于 2014-8-24 16:36:44 | 显示全部楼层
楼主所说"个人还是觉得浆料的控制对于涂布质量的影响更大。我个人信奉一句话——“经历即成长”,也很认同一句话,就像那书名《公司是最好的学校》."这席话,本人深有感触。从事锂电设备现场调试,维修数年,从单纯的设备维护到锂电池制造技术,工艺有了一些积累,技能,感悟两者之间相得益彰吧
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 楼主| 发表于 2014-2-28 12:19:13 | 显示全部楼层
davidzhao 发表于 2014-2-28 11:32
呵呵,清风开讲。

呵呵,客官您请上座,小二给您上茶,上等大红袍
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发表于 2014-2-28 11:16:18 | 显示全部楼层
支持楼主!涂布涂得好对设备的依赖性很大
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发表于 2014-2-28 11:32:47 | 显示全部楼层
呵呵,清风开讲。
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发表于 2014-2-28 14:04:21 | 显示全部楼层
LZ用的啥涂布机,我们就是7星的
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发表于 2014-2-28 17:16:28 | 显示全部楼层
听楼主的口气要离职呀
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